RSS

EKSPORASI POTENSI FITOREMIDIASI LOGAM DARI TIGA KLON POPULUS ALBA L MENGGUNAKAN SELEKSI IN VITRO

07 Jun

A.    PENDAHULUAN

Polusi tanah dan air akhir-akhir ini semakin mengkhawatirkan. Kontaminasi pada tanah dan perairan diakakibatkan oleh banyak penyebab termasuk limbah industry, limbah penambangan, residu pupuk, dan pestisida hingga bekas instalasi senjata kimia (Hidayati N, 2004). Polusi ini menimbulkan gangguan pada manusia, hewan dan tumbuhan. Bentuk dari kontaminasi ini berupa berbagai unsure dan substansi kimia seperti cadmium (Cd), seng (Zn), Plumbum (Pb), Kuprum (Cu), cobalt (Co), Selenium (Sc), Nikel (Ni), Arsenik (AS) berbahaya yang mengganggu kesetimbangan fisik, kimia dan biologi tanah. Kontaminasi dari unsure-unsur dan substansi kimia ini menjadi perhatian serius karena dapat menjadi potensi polusi pada permukaan tanah maupun air tanah dapat menyebar ke daerah sekitarnya melalui air, angin, penyebaran oleh tumbuhan bioakumulasi pada rantai makanan.

Remidiasi yang diartikan sebagai perbaikan lingkungan diharapkan dapat menghindari resiko-resiko yang ditimbulkan oleh kontaminasi logam yang berasal dari alam dan akibat ulah manusia. Logam dalam tanah tidak dapat mengalami biodegradasi sehingga penghilangan kontaminasi logam menjadi sulit. Untuk mengatasi permasalahan di atas dikembangkan teknologi alternative yang dikenal dengan fitoremidiasi. Beberapa kayu keras telah diajukan untuk fitoremidiasi, dan Populus L. Alba atau poplar diantaranya. Tanaman ini tidak  hanya beradaptasi terhadap logam juga dapat mengakumulasi logam tersebut.

B.     PEMBAHASAN

1.      Tinjauan Pustaka

Fitoremidiasi adalah suatu system dimana tanaman dapat mengubah zat kontaminan (pencemar/polutan) menjadi berkurang atau tidak berbahaya bahkan menjadi bahan yang dapat digunakan kembali (re-use) (Irwanto R, 2010). Tahapan dari fitoremidiasi dapat dibagi menjadi 6 yaitu Phytoacumulation (phytoextrasion), Rhyzofitration, phytostabization, rhyzodegradation, phytodegradation, phytvolatization. Poplar (Populous L Alba ) adalah salah satu tanaman yang dapat dimanfaatkan dalam fitoremidiasi. Tanaman ini tidak  hanya beradaptasi terhadap logam juga dapat mengakumulasi logam tersebut. Spesies tanaman ini menawarkan keuntungan yang signifikan, di mana genomnya sudah diurutkan. Keuntungannya adalah mudah dibudidayakan, pertumbuhan yang cepat, memproduksi biomassa yang cepat sehingga dapat dipanen delam waktu dekat. Selain itu poplar dapat dibudidayakan dengan mengguanakan teknik screening in vitro dan mudah dimanfaatkan dalam rekayasa genetika. Poplar banyak hidup didaerah Amerika, Eropa, Asia tengah dan Afrika. Di Eropa terutama Italia yang banyak tumbuh adalah poplar putih. Maka dalam penelitian ini diselidiki 3 klon dari poplar putih yaitu Villafranca (Vil) Fiorentini (Frt) dan Querce (Qrc).

2.      Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 3 klon Populus Alba L yaitu klon Villafranca (Vil), Fiorentini (FRT) dan Querce (QRC). Ketiga klon Poplar ini disubkultur dengan menggunakan WPM. Kemudian dipindahkan ke dalam WPM yang mengandung Na2HAsO4, CuSO4, CdSO4 dan ZnSO4.

 3.      Metode

  1. Kondisi Pertumbuhan In Vitro Tumbuhan

Microshoot dikembangbiakan dengan cara in vitro dari klon komersil dan 2 klon asli P. alba L, Villafranca (Vil), Fiorentini (FRT) dan Querce (QRC), disubkultur dengan media Woody Plant Medium (WPM), ditambah dengan sukrosa 2%, agar 0,72% dan 0,2 mg l-1 benzil adenine, pada pH 5,5, di dalam botol makanan bayi 100 ml disterilkan dengan autoklaf pada suhu 121oC dan tekanan 108 kPa selama 20 menit. Microshoots kultur berasal dari tunas aksiler dan disarankan diambil dari pohon-pohon dewasa dari masing-masing klon.

Kultur aseptic diinkubasi pada dalam runag pertumbuhan 23±1oC dengan 16 jam photoperiod (40 μE m-2 s-1) dan secara rutin disubkultur (kira-kira setiap 4 minggu). Microshoot akhirnya dipindahkan ke media bebas phitohormon WPM selama 4 minggu sebelum treatmen logam dilakukan untuk menghapus sitokinin efak pembawa dan menngkatkan perpanjangan pucuk.

 1. Treatmen Logam

Tunas yang berkembang dengan baik dipotong dengan ukuran seragam (dua ruas; 1,5 cm) dan dpindahkan ke dalam media bebas pitohomon WPM mengandung serangkaian konsentrasi Na2HAsO4 (0; 5; 50; 250 µM), CuSO4 (0; 5; 50; 250 µM), CdSO4 (0; 5; 50; 250 µM) dan ZnSO4 (0; 250; 1000 dan 2000 µM), komposisi media lain dan kondisi-kondisi yang sama seperti dijelaskan sebelumnya. 20 tanaman per klon per konsentrasi (4 toples kaca per treatmen per klon mengandung masing-masing 5 pucuk) yang digunakan dalam percobaan. 20 pucuk tanpa akar per klon dikeringkan pada suhu 80oC selama 24 jam dan kemudian ditimbang untuk memperkirakan nilai rata-rata dari biomassa kering awal percobaan.

 2. Penentuan Toksisitas Logam, Konsentrasi Logam dan Konten

Setelah 15 hari treatmen, tunas secara perlahan dikeluarkan dar media dan akar dicuci dengan hati-hari. Pada kasus tanaman yang diperlakukan dengan logam berat, akar juga diadsorbsi dengan 10 mM larutan CaCl2 selama 10 menit untuk menghilangkan logam yang menempel dari dinding sel.

Tunas dipisahkan menjadi pucuk dan akar, dikeringkan pada suhu 80oC selama 24 jam dan ditimbang. Produksi biomassa kering digunakan untuk mengukur efek tosik logam. Untuk membandingkan tiap klon, kita menghitung indeks toleransi sebagai rasio produksi biomassa kering akar atau pucuk pada media logam dengan produksi biomassa akar atau pucuk pada media bebas logam, sehingga mendapatkan tiga seri logam untuk masing-masing indeks toleransi untuk tiga klon.

Akar dan pucuk tunas dikenakan pada CuSO4, CdSO4 dan ZnSO4 dimineralisasi dengan ashing basa pada hot plate (100-300oC) dengan gelas terhubung dengan HNO3 65% dan HClO4 60% (5:2, v/v). sebaliknya akar dan pucuk dari tunas yang dikenakan As dicerna dengan HNO3 65% 10 ml dalam  tabung reaksi tertutup pada suhu kamar karena sifat  volatile logam.

Konsentrasi logam ditentukan dengan ICP-OES. Konten logam dihitung sebagai produk antara mean biomassa kering tunas dan mean konsentrasi logam pada tiap logam. Data disusun dalam grafik menggunakan 8,0 sigmaplot program (SPSS).

 3. Analisis Statistik

Percobaan dilakukan sebanyak 4 kali. Analisis statistic dilakukan dengan satu arah analisis varian (ANOVA).

 4.      Hasil dan Diskusi

  1. Produksi Biomassa dan Indeks Toleransi

Pada tiap klon, efek negative signifikan dari perlakuan logam pada biomassa kering akar ditunjukkan hanya pada konsentrasi tinggi arsenic dan zink. Penurunan biomassa kering karena kehadiran cadmium pada media kultur selalu signifikan pada klon Vil, sedangkan tidak ada efek untuk 2 klon lainnya. Nilai tertinggi dari biomassa akar kering selalu signifikan ditunjukkan oleh klon Vil, kecuali pada cadmium. Klon ditampilkan penghambatan pertumbuhan akar yang sangat kuat pada konsentrasi tembaga tertinggi, menunjukkan akar sehingga dikurangi untuk dikecualikan dari analisis, sedangkan konsentrasi yang lebih rendah tidak memiliki efek signifikan. Pada semua klon, akar secara signifikan lebih berpengaruh terhadap toksisitas logam dibandingkan pada pucuk. . Pada kenyataannya, bahkan jika penurunan berat kering biomassa menembak ditunjukkan untuk beberapa perlakuan logam, tidak pernah signifikan dalam organ tanaman. Seperti di akar, tunas di, nilai tertinggi dari biomassa kering juga ditunjukkan oleh klon Vil, bahkan jika hanya untuk pengobatan tembaga dan seng dan hanya signifikan sehubungan dengan klon QRC.

 

Fig. 1 indeks toleransi logam pada 3 klon P.alba Angka di atas histogram, saat ini, menunjukkan perbedaan yang signifikan antara klon menurut Tukey

Faktorial ANOVA menunjukkan bahwa ketiga klon P. alba menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam biomassa akar kering hanya dalam respon mereka terhadap kadmium perlakuan. Untuk tunas, tidak ada perbedaan yang signifikan terdeteksi

2. Akumulasi Logam pada Akar dan Pucuk

 

Fig. 2 akumulasi logam (berat kering microgram per gram) Akar (garis padat) dan pucuk (garis putus-putus) dari 3 klon P. alba (mean ± standard error) setelah paparan meningkatnya konsentrasi logam

Konsentrasi arsenik pada akar secara signifikan lebih tinggi pada klon QRC dibandingkan dengan yang lain pada konsentrasi tertinggi yang digunakan (P <0,05). akumulasi Arsenik dalam pucuk tidak berbeda bermakna dalam tiga klon. Adapun akumulasi kadmium, antara klon FRT menunjukkan nilai-nilai kadmium terendah di kedua akar (P <0,05) dan pucuk  (P <0,05). Konsentrasi tembaga dalam akar tidak diukur pada penggunaan konsentrasi tertinggi dengan  tidak adanya perakaran. Pada konsentrasi yang lain, akumulasi tembaga umumnya lebih tinggi di klon FRT (P <0,05). Dalam pucuk, untuk konsentrasi tembaga yang memungkinkan akar untuk tumbuh, konsentrasi tembaga tidak berbeda secara signifikan antara klon. Pada 250 µM CuSO4, klon Vil menunjukkan nilai yang signifikan lebih tinggi secara statistik akumulasi tembaga dalam pucuk. Konsentrasi seng lebih homogen antara klon, satu-satunya perbedaan yang signifikan secara statistik adalah bahwa klon Vil akumulasi logam ini ke tingkat yang lebih rendah dalam akar sehubungan dengan klon lainnya (P <0,01). Dalam setiap klon, korelasi linear antara konsentrasi logam dalam akar dan konsentrasi logam dalam pucuk adalah sangat signifikan (0,946 <r <0,999, setidaknya P <0,05). Korelasi ini tidak dihitung untuk Cu karena mencegah pertumbuhan akar yang cukup pada konsentrasi yang lebih tinggi digunakan. Rasio konsentrasi logam pucuk/ akar tidak pernah berubah dalam cara paparan-tergantung untuk salah satu klon pada konsentrasi logam yang digunakan (data tidak ditunjukkan), koefisien sudut dari garis regresi digunakan untuk memperkirakan rasio konsentrasi logam pucuk / akar itu sendiri. Koefisien ini menunjukkan perbedaan yang signifikan antara klon untuk logam yang berbeda, meskipun jangkauan variasi hanya dari 0,17 (QRC untuk arsenik) ke 0,89 (Vil untuk seng). Koefisien tertinggi ditunjukkan untuk seng dan kadmium, klon Vil menampilkan tertinggi, sedangkan yang lebih rendah koefisien adalah untuk arsenik, tanpa ada perbedaan yang signifikan antara klon. Dalam setiap klon, koefisien sudut untuk arsenik selalu secara signifikan lebih rendah daripada yang lain (P <0,05); satu untuk seng secara signifikan lebih tinggi hanya di  klon Vil (P <0,05).

2. Konten Logam

Kehadiran logam dalam media kultur secara signifikan mengakibatkan kandungan logam akar meningkat untuk semua logam, namun peningkatan ini tidak pernah sebanding dengan treatmen logam. Di antara klon, klon Vil menunjukkan isi signifikan tertinggi untuk arsenik, tembaga dan seng, sedangkan dalam kasus kadmium klon QRC ditampilkan kandungan akar secara signifikan lebih tinggi untuk konsentrasi tertinggi yang digunakan.

kandungan logam  pada pucuk bervariasi secara signifikan baik klon intra dan inter. Untuk semua logam yang diuji, konten pucuk meningkat secara proporsional terhadap pengobatan logam. Nilai-nilai tertinggi secara signifikan kandungan logam yang ditunjukkan oleh klon Vil untuk semua logam.

 3. Diskusi

Dalam karya ini, tiga klon dari P. alba dipelajari untuk mengevaluasi pola variasi dalam toleransi logam, akumulasi dan translokasi, sebagai fitur yang mendasar harus membentuk kriteria yang harus diikuti dalam seleksi tumbuhan untuk pemulihan tanah yang tercemar.

Tanaman, yang akan digunakan dalam phytoextraction, harus memiliki toleransi penting yang diperlukan dari logam, untuk menjamin pertahanan proses fisiologis dan metabolisme utama. Meskipun demikian, fitur ini harus menjadi hasil dari kombinasi serapan logam dan pengurangan efek berbahaya dan tidak hanya karena pengecualian logam. Dalam pekerjaan ini, sistem akar klon poplar, dianalisis dengan rata-rata produksi biomassa kering per tanaman, menunjukkan beberapa perbedaan dalam toleransi logam. Umumnya, semua logam, kecuali cadmium untuk klon QRC dan FRT, menunjukkan efek toksik yang signifikan terhadap produksi biomassa akar kering pada beberapa atau semua konsentrasi yang digunakan. Membandingkan klon antara mereka melalui perhitungan indeks toleransi, variasi yang signifikan hanya ditampilkan oleh kadmium, klon QRC dan FRT yang paling toleran untuk konsentrasi yang digunakan.

Dalam P. klon alba, akar menanggapi lebih sensitif daripada pucuk untuk konsentrasi logam beracun, dan penurunan produksi biomassa pucuk tidak pernah signifikan untuk semua klon dan semua logam untuk konsentrasi yang digunakan. Nilai-nilai biomassa tertinggi umumnya ditunjukkan oleh klon Vil, mengkonfirmasi kemampuan pengenal pertumbuhan cepat dari klon komersial. Fitur ini hadir baik dengan atau tanpa treatmen logam, menunjukkan bahwa bahkan jika klon ini pada umumnya yang paling sensitif, penurunan pertumbuhan menyebabkan produksi biomassa yang tetap lebih tinggi daripada klon asli, dan lebih toleran.

Akumulasi logam adalah variabel antara klon di root, menunjukkan klon QRC nilai tertinggi, kecuali dalam kasus tembaga. Dalam pucuk, variasi terdeteksi, tapi itu signifikan hanya untuk kadmium, dengan klon FRT menampilkan konsentrasi terendah. Jadi, klon dengan kontras pheno-jenis untuk sifat akumulasi terkait ditemukan, sehingga menunjukkan bahwa pemutaran tersebut layak untuk diperdalam karena mereka dapat memberikan peluang nyata untuk meningkatkan baik phytostabilization dan teknik phytoextraction.

P. alba klon tidak menunjukkan kecenderungan untuk menurunkan logam rasio konsentrasi pucuk / akar sebagai logam konsentrasi dalam medium meningkat. Kita bisa berspekulasi bahwa, dalam P. alba, kurangnya perilaku ini, umumnya dianggap merupakan strategi pertahanan terhadap efek racun dari logam, bisa disebabkan oleh fakta bahwa, dengan pemilihan konsentrasi logam eksternal untuk penelitian ini, konsentrasi logam pucuk tidak mencapai tingkat beracun cukup untuk memicu respon tersebut. Di antara populasi, variasi yang signifikan ditemukan dalam rasio ini, diidentifikasi sebagai sifat dasar untuk pabrik cocok untuk phytoextraction (Vangronsveld et al 2009.), Menunjukkan klon Vil nilai signifikan lebih tinggi untuk kadmium dan seng meskipun konsentrasi logam berat yang digunakan dalam penelitian ini berbeda. Jadi, data menunjukkan bahwa klon masing-masing dapat dicirikan oleh efisiensi yang berbeda dalam transfortasi dari akar-ke daun yang layak untuk diselidiki, seperti variabilitas dalam rasio konsentrasi pucuk / akar dapat berko ribusi kegenerasi dari perbedaan yang ditemukan di tingkat akumulasi logam dalam pucuk.

Meskipun konsentrasi yang lebih tinggi akar logam, kandungan logam umumnya lebih tinggi di pucuk daripada di akar di semua klon. Hasil ini tergantung pada perbedaan besar pada produksi biomassa dan sensitivitas logam antara dua organ dan merupakan salah satu alasan mengapa hyperaccumulators logam tidak hanya tetapi juga tinggi penghasil biomassa tananam ex cluser dapat secara efektif digunakan dalam teknik phytoextraction

Akhirnya, variasi hadir di tingkat yang lebih signifikan dalam akumulasi logam dan konten daripada di toleransi, jadi ini adalah alasan lain untuk melanjutkan dalam skrining in vitro bahkan jika klon yang berbeda tampaknya merespon dengan cara yang sama terhadap stres logam dalam hal produksi biomassa .

 C.    KESIMPULAN

Dalam konteks ini, menyajikan data menunjukkan bahwa kultur in vitro dari stek benar-benar mewakili cara yang berharga untuk menilai kemampuan klon poplar yang berbeda, untuk mengambil, toleransi dan bertahan stres logam, sehingga mewakili seleksi yang efektif awal untuk individuasi yang klon paling menjanjikan untuk uji coba lapangan pada tanah tercemar logam. Bahkan, untuk konsentrasi logam yang digunakan dalam percobaan, klon P. alba menunjukkan variasi dalam toleransi logam, akumulasi logam dan konten yang layak untuk dipelajari dan dimanfaatkan untuk pemilihan alat yang lebih cocok untuk tujuan fitoremediasi. Namun demikian, studi tentang efek kehadiran sinergis dari logam yang berbeda pada perilaku klon dan studi membuktikan jika stek secara akurat mencerminkan tanggapan dari pohon yang lebih tua masih diperlukan.

Dari jurnal :

Lonardo, S D et al. Exploring the metal phytoremediation potential of three Populus Alba L. clones using in vitro screening. 82-90. (2011).

Referensi Pendukung:

Hidayati N. (2004). Fitoremediasi dan Potensi Tumbuhan Hiperakumulator. Hayati. Vol 12, 35-40

Irawanto R.(2010). Fitoremidiasi Lingkungan dalam Taman Bali. Local Wisdom-Jurnal ilmiah Online Vol. II, 29-35.

Supriyati Y dll.(2006). Multiplikasi Tunas Belimbing Dewi (Averrhoa carambola) melalui Kultur In Vitro. Buletin Plasma Nutfah Vol.12 No.2 Th.2006

Husni A.(2005). Seleksi In Vitro Tanaman Lada untuk Ketahanan terhadap Penyakit Busuk Pangkal Batang. Jurnal AgroBiogen 1(1):13-19

 
Leave a comment

Posted by on June 7, 2012 in BIOTEKNOLOGI

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: